JPWO2015108095A1 - アンテナ制御装置およびアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るアンテナ制御装置およびアンテナ装置の構成例を示すブロック図である。目標物からの信号などに基づき、3軸制御空中線であるアンテナ1のビーム方向が目標物に指向するように、アンテナ制御装置2はアンテナ1の各軸を駆動させる。ビーム方向すなわちアンテナ1が向く方向をアンテナの指向方向と呼ぶ。アンテナ制御装置2は、演算処理部4、追尾受信機8、予報値取得部9、検出値取得部10、および各軸のサーボ制御部を備える。サーボ制御部は、アンテナ1の姿勢を制御する垂直軸(AZ軸)駆動部14、水平軸(EL軸)駆動部15および直交水平軸(C−EL軸)駆動部16のそれぞれに対応して、垂直軸(AZ軸)サーボ制御部11、水平軸(EL軸)サーボ制御部12および直交水平軸(C−EL軸)サーボ制御部13を含む。
x=−R・cosEL・cosAZ (1)
y=R・cosEL・sinAZ (2)
z=R・sinEL (3)
x=−R・cosY・sinX (4)
y=R・sinY (5)
z=R・cosY・cosX (6)
tanAZ=tanY/sinX (7)
sinEL=cosX・cosY (8)
tanX=cosAZ/tanEL (9)
sinY=sinAZ・cosEL (10)
座標変換部7は、上述の変換式などを用いて、AZ−EL座標または他の座標系とX−Y座標を相互に変換する。
tan(AZ−AZ1)=tanY1/sinX1 (11)
sinEL=cosX1・cosY1 (12)
tanX1=cos(AZ−AZ1)/tanEL (13)
sinY1=sin(AZ−AZ1)・cosEL (14)
なお、目標方向をAZ軸の回りに回転させた方位角変更後目標方向をX−Y座標に変換すると考えてもよい。
AZ=tan−1(tanY1/sinX1)+AZ1 (15)
EL=sin−1(cosX1・cosY1) (16)
また、角度X1と角度Y1は、角度AZ、角度ELおよび角度AZ1で表せる。
X1=tan−1(cos(AZ−AZ1)/tanEL) (17)
Y1=sin−1(sin(AZ−AZ1)・cosEL) (18)
なお、EL軸の可動範囲が[−90°,90°]であり、C−EL軸の可動範囲が[−90°,90°]である場合には、条件1が満足されれば、条件2および条件3も満足することになる。
tanX1=cos(AZ−AZ1)/tanEL
から、正接関数tanは奇関数なので、
−tanEx≦cos(AZ−AZ1)/tanEL≦tanEx (19)
である。AZ1=−kYとおいて、以下の条件2を得る。
条件2:
(1/Y)・(cos−1(−tanEx・tanEL)−AZ)≦k
≦(1/Y)(cos−1(tanEx・tanEL)−AZ)
Y=0の場合は、係数kは不定になるが、その場合は、AZ1=0としてよいので、k=0と考える。
sinY1=sin(AZ−AZ1)・cosEL
から、正弦関数sinは奇関数なので、
−sinCx≦sin(AZ−AZ1)・cosEL≦sinCx (20)
である。AZ1=−kYとおいて、以下の条件3を得る。
条件3:
(1/Y)・(−sin−1(sinCx/cosEL)−AZ)≦k
≦(1/Y)・(sin−1(sinCx/cosEL)−AZ)
実施の形態2に係るアンテナ制御装置の構成は、実施の形態1に係るアンテナ制御装置の構成と同じであるが、演算処理部4における駆動指令値演算部6の入力として、アンテナ1のAZ軸の検出角度RAZ、EL軸の検出角度REL、およびC−EL軸の検出角度RC−ELを用いる。座標変換部7は、検出値取得部10から、検出角度RAZ、RELおよびRC−ELを入力して座標変換する。すなわち、図1のアンテナ制御装置2で、予報値取得部9および検出値取得部10と座標変換部7の間のスイッチを、検出値取得部9側に設定することに相当する。
実施の形態3に係るアンテナ制御装置の構成は、実施の形態1に係るアンテナ制御装置の構成と同じであるが、本実施の形態のアンテナ制御装置2が備える2つの動作モードのうち、軌道予報値に基づきアンテナ1を制御するプログラム追尾(PROG)モードを使用する。この場合、目標物からの信号を使用せず、予報値取得部9から得た軌道予報値の方向にアンテナ1のビーム方向19を指向させる。
図11は、AZ軸を固定した場合と実施の形態1におけるEL軸およびC−EL軸の動きの例を示す図である。横軸はEL軸の角度(X)、縦軸はC−EL軸の角度(Y)である。図11は、具体例として、準天頂軌道の衛星を追尾する場合であって、地上アンテナの設置位置が準天頂衛星軌道の8の字の内側にあって、準天頂軌道が天頂を内部に含む閉曲線に見えるアンテナ装置で、AZ軸を0°に固定する場合と、実施の形態1の構成を用いた場合を示す。図11の例は、C−EL軸の駆動範囲を[−10°,10°]とした場合のEL角(X角)およびC−EL角(Y角)の変化を示す。
Claims (8)
- 固定された基部と、前記基部に対して回転する回転軸である水平面に垂直な垂直軸と、前記垂直軸を駆動して回転させる垂直軸駆動部と、前記垂直軸により回転移動する方位角架台と、前記方位角架台に対して回転する回転軸である水平な水平軸と、前記水平軸を駆動して回転させる水平軸駆動部と、前記水平軸により回転移動する仰角架台と、前記仰角架台に対して回転する回転軸である前記水平軸に垂直な直交水平軸と、前記直交水平軸を駆動して回転させる直交水平軸駆動部と、前記直交水平軸により回転移動するアンテナとを備えた経緯台式架台で駆動されるアンテナ装置の前記アンテナの指向方向を制御するアンテナ制御装置であって、
前記アンテナが追尾する目標物が存在する方向である目標方向を取得する方向取得部と、
前記垂直軸の回転範囲内で水平に固定されたY軸と、前記Y軸に垂直かつ水平に固定されたX軸と、前記X軸および前記Y軸に垂直なZ軸とに関して、変換される方向である被変換方向を、前記Y軸と前記Z軸を含む平面であるYZ平面に投影した前記被変換方向と前記Z軸との間の角度であるX座標と前記YZ平面と前記被変換方向との間の角度であるY座標とに変換する座標変換部と、
水平面内で前記水平軸と垂直な方向と前記Y軸との間の角度である架台方位角が、前記目標方向を前記座標変換部で変換した前記Y座標に係数を乗算した角度である方位回転角になるように前記垂直軸を前記回転範囲内で回転させるための前記垂直軸駆動部への指令値を算出し、前記指向方向と前記目標方向との差が許容値以下になるように前記水平軸駆動部および前記直交水平軸駆動部への指令値を算出する制御部とを備えたアンテナ制御装置。 - 前記架台方位角が前記方位回転角である場合に、前記目標方向から決まる前記水平軸および前記直交水平軸の角度がそれぞれ前記水平軸および前記直交水平軸の可動範囲に入るように、前記係数を決める、
請求項1に記載のアンテナ制御装置。 - 前記Y軸を前記垂直軸の回転範囲の中心に配置する、
請求項1または請求項2に記載のアンテナ制御装置。 - 前記方向取得部は、前記目標物の軌道予報値を取得する軌道予報取得部と、前記目標物が放射し前記アンテナが受信する信号から前記アンテナの前記水平軸および前記直交水平軸の角度誤差信号である2軸角度誤差信号を生成する受信部とを有し、前記軌道予報値を使用して前記目標方向を生成し、
前記制御部は、前記2軸角度誤差信号から前記水平軸および前記直交水平軸の指令値を算出する、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアンテナ制御装置。 - 前記方向取得部は、前記垂直軸、前記水平軸および前記直交水平軸の検出角度を取得する検出部と、前記目標物が放射し前記アンテナが受信する信号から前記アンテナの前記水平軸および前記直交水平軸の角度誤差信号である2軸角度誤差信号を生成する受信部とを有し、前記垂直軸、前記水平軸および前記直交水平軸の前記検出角度を使用して前記目標方向を生成し、
前記制御部は、前記2軸角度誤差信号から前記水平軸および前記直交水平軸の指令値を算出する、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアンテナ制御装置。 - 前記方向取得部は、前記目標物の軌道予報値を前記目標方向として取得する軌道予報取得部を有し、
前記制御部は、前記目標方向を前記方位回転角で前記垂直軸の回りに回転させた後の方向である方位角変更後目標方向を前記座標変換部で変換した前記X座標および前記Y座標に基づき前記水平軸および前記直交水平軸への指令値を算出する、
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のアンテナ制御装置。 - 前記目標物は、準天頂衛星であって、
前記垂直軸の回転範囲の中心は、北または南であり、前記Y軸は、南北方向である、
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のアンテナ制御装置。 - 固定された基部と、
前記基部に対して回転する回転軸である水平面に垂直な垂直軸と、
前記垂直軸を駆動して回転させる垂直軸駆動部と、
前記垂直軸により回転移動する方位角架台と、
前記方位角架台に対して回転する回転軸である水平な水平軸と、
前記水平軸を駆動して回転させる水平軸駆動部と、
前記水平軸により回転移動する仰角架台と、
前記仰角架台に対して回転する回転軸である前記水平軸に垂直な直交水平軸と、
前記直交水平軸を駆動して回転させる直交水平軸駆動部と、
前記直交水平軸により回転移動するアンテナと、
前記アンテナの指向方向を制御する、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のアンテナ制御装置とを備えたアンテナ装置。
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